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Geoservizi

Geoservizi

Paolo Zatelli

Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica

Università di Trento

Paolo Zatelli | Università di Trento | 1 / 65

Geoservizi

Outline

1 Introduzione

2 Standard OGC

3 Funzionamento

4 Approcci client/server

5 Altri servizi e programmi


Geoservizi | Introduzione

Geoservizi

Per geoservizi si intende un insieme di servizi, solitamente residisponibili sul web, per

visualizzare dati geografici (vettoriali e raster)visualizzare attributi di dati geograficiscaricare dati geograficigestire metadati ed interrogare cataloghi di dati geograficielaborare dati geograficimonitorare sensori sul territorio



Motivazioni I

Il passaggio dalla gestione e fruizione di informazioni geografiche daworkstation/desktop al web dipende principalmente da due fattori:porta ad alcuni vantaggi e si sono rese disponibili le infrastrutturenecessarie.

Vantaggi:

accessibilità a client poco potenti

accessibilità ad utenti non specialistici

Location Based Services (LSB)



Motivazioni II

Questo approccio si è sviluppato negli ultimi anni per la disponibilità di

banda larga diffusa presso aziende e privati

banda larga mobile

standard per la gestione e lo scambio di informazioni geografiche

implementazioni degli standard

dati geografici appetibili agli utenti

procedure per rendere fruibili i dati



Motivazioni III

Questo rende possibile la realizzazione del cosiddetto “Internet GIS”,che rende i dati e le procedure tipiche del GIS accessibili:

1 senza usare software specifici, ma tipicamente attraverso un webbrowser

2 senza dovere imparare ad usare software specifici, capire leprocedure e procurarsi i dati

3 anche su dispositivi mobili (e con LSB)


Geoservizi | Standard OGC

Open Geospatial Consortium I

Il lavoro di definizione degli standard che rendono possibili i geoserviziè fatto dall’OGC.

L’Open Geospatial Consortium, Inc. R©(OGChttp://www.opengeospatial.org) è una organizzazione internazionalesenza scopo di lucro e volontaria per la definizione consensuale distandard per servizi geografici e "location based services".

L’Open Geospatial Consortium (OGC) è un consorzio internazionaleche riunisce 416 compagnie, agenzie governative, fondazioni euniversità per organizzare il processo di definizione consensuale distandard per l’interoperabilità delle informazioni e dei servizi geografici.



Open Geospatial Consortium II

Gli scopi dell’OGC sono1:

1 fornire standard aperti ed interoperabili

2 fornire standard per l’integrazione di informazioni e servizigeografici nelle procedure civili e aziendali

3 facilitare l’adozione di architetture "spatially enabled" aperte nelleimprese

4 migliorare gli standard per supportare la formazione di nuovimercati ed applicazioni per le tecnologie geospaziali

5 accelerare l’introduzione dei risultati della ricerca nel campodell’interoperabilità attraverso processi collaborativi

1http://www.opengeospatial.org/ogc/visionPaolo Zatelli | Università di Trento | 8 / 65


Elenco standard I

Standard OGC R©

Cat: ebRIM App Profile: Earth Observation ProductsCatalogue ServiceCityGMLCoordinate TransformationFilter EncodingGML in JPEG 2000Geographic ObjectsGeography Markup LanguageGeospatial eXtensible Access Control Markup Language(GeoXACML)KMLLocation Services (OpenLS)



Elenco standard IIObservations and MeasurementsSWE Common Data ModelSensor Model LanguageSensor Observation ServiceSensor Planning ServiceSimple FeaturesSimple Features CORBASimple Features OLE/COMSimple Features SQLStyled Layer DescriptorSymbology EncodingTable Joining ServiceTransducer Markup Language



Elenco standard III

Web Coverage Processing Service

Web Coverage Service

Web Feature Service

Web Map Context

Web Map Service

Web Map Tile Service

Web Processing Service

Web Service Common



Standard I

Gli standard OGC si possono raggruppare (in realtà alcuni sonoriferibili a più categorie) in standard per:pubblicazione di informazioni geografiche attraverso WebGIS

Web Coverage ServiceWeb Feature ServiceWeb Map ContextWeb Map ServiceWeb Map Tile Service

ricerca di informazioni geografiche attraverso metadatiCat: ebRIM App Profile: Earth Observation ProductsCatalogue ServiceFilter Encoding



Standard II

interoperabilità tra fornitori di dati ed utentiCityGMLGML in JPEG 2000Geographic ObjectsGeography Markup LanguageGeospatial eXtensible Access Control MarkupLanguage (GeoXACML)KMLSimple FeaturesSimple Features CORBASimple Features OLE/COMSimple Features SQLStyled Layer DescriptorSymbology Encoding



Standard III

elaborazione di informazioni geografiche e distribuzione dei risultatiCoordinate TransformationLocation Services (OpenLS)Table Joining ServiceWeb Coverage Processing ServiceWeb Processing ServiceWeb Service Common

gestione di reti di sensori e distribuzione/uso dei loro datiObservations and MeasurementsSWE Common Data ModelSensor Model LanguageSensor Observation ServiceSensor Planning ServiceTransducer Markup Language


Geoservizi | Funzionamento

Servizi webUn servizio web senza geoservizi distribuisce documenti HTML emultimedia statici oppure creati in tempo reale in funzione dellerichieste dell’utente usando informazioni memorizzate in un database.

E’ in grado di fornire mappe solo come immagini statiche e non“navigabili”.

databasejavascript

plugin

web browser documenti staticiHTML+multimedia

CGI

web server

Server sideClient side

HTTP

CGI = Common Gateway Interface, interpreta i parametri passati al web server ed evantualmente lancia i servizi necessari.



Servizi web “spatially enabled”

Un geoservizio aggiunge le capacità di distribuire informazionigeografiche in diverse forme (mappe raster/vettoriali), di effettuarericerche, di eseguire elaborazioni spaziali e di gestire reti di sensori.

Le capacità del sistema dipendono da quali (geo)servizi sono aggiunti.

geoservizio

javascriptplugin

web browser documenti staticiHTML+multimedia

CGI

web server

Server sideClient side

HTTPdatabase spaziale



Caratteristiche comuni

La maggior parte dei servizi hanno alcune caratterstiche comuni:

si appoggiano ad un web server per le comunicazioni con i clientsi appoggiano a DBMS spaziali per la gestione dei dati(cartografici o meno)usano XML o sue specializzazioni (SML, TML, ecc.) per lecomunicazioni infraservizi e client/serveralcune richieste sono le stesse, ad esempio getCapabilities perrichiedere la descrizione dei servizi offerti



Web Map Service I

Lo standard OGC Web Map Service Interface Standard (WMS)fornisce un’interfaccia HTTP per richiedere e fornire mappe(georeferenziate) come immagini.

Il client richiede la mappa specificando sia l’area da coprire che itematismi da visualizzare, tematismi che sono combinati dal serversecondo le specifiche del client.

Il server restituisce un’immagine che rappresenta la mappa in unformato standard (PNG, JPEG, ecc.).

Il server può combinare dati eterogenei da fonti diverse (locali eremote, anche altri WMS), operando le trasformazioni necessarie(riproiezioni, ricampionamento, ecc.) per la sovrapposizione.



Web Map Service II

Google Maps



Web Map Service III

Google Maps



Web Map Service IV

OpenStreetMap



Web Map Service V

OpenStreetMap download



Web Map Service VI

WMS PAT - da http://www.territorio.provincia.tn.it/portal/server.pt?open=514&objID=18995&mode=2



Web Map Service VII

WMS PAT in QGIS - da http://www.territorio.provincia.tn.it/portal/server.pt?open=514&objID=18995&mode=2



Web Map Service VIII

WMS PAT - DTM da LiDAR - http://www.territorio.provincia.tn.it/portal/server.pt?open=514&objID=18995&mode=2



Web Map Service IX

http://webgis.ing.unitn.it - consultazione mappe



Web Map Service X

http://webgis.ing.unitn.it - Visualizzazione



Web Map Service XI

http://webgis.ing.unitn.it - ricerca per toponimi



Web Map Service XII

http://webgis.ing.unitn.it - scarico dati



Web Coverage Service I

Lo standard OGC Web Coverage Service Interface Standard (WCS)fornisce un’interfaccia e le procedure per l’accesso a coverage(primitiva che associa a posizioni nello spazio all’interno di una regioneun valore), tipicamente mappe raster (es. DTM) e immagini satellitari eortofoto.

La differenza fondamentale rispetto ai WMS è che vengono forniti ivalori della mappa (es. quote del DTM) e non una semplice immagine.



Web Map Services 3D I

Alcuni servizi forniscono la possibilità di visualizzare mappe in 3D (inrealtà 2.5D) con una assonometria.

Solitamente non avvengono attraverso browser ma richiedonoapplicazioni specifiche.

Esempi:Google Earth - http://www.google.com/earth/index.htmlBing Maps 3D - http://www.bing.com/maps/help/ve3dinstall/NASA Wordwind - http://worldwind.arc.nasa.gov/java/Ambiente Italia 3D (PCN) -http://www.pcn.minambiente.it/pcn/cartografia3d.php?lan=itSardegna 3D - http://www.sardegna3d.it



Web Map Services 3D II

Sardegna 3D - Facoltà di Ingegneria UniTN



Web Map Services 3D III

Sardegna 3D - Facoltà di Ingegneria UniTN



Web Feature Service I

Lo standard OGC Web Feature Service (WFS) fornisce l’accessodiretto a informazioni geografiche a livello di primitive (feature) e loroattributi.

E’ possibile scaricare e modificare solo le primitive richiestedall’utente, invece che l’intera mappa.

Può includere anche servizi quali la trasformazione di coordinate o diformato.

E’ possibile utilizzare questo tipo di servizi e protocolli per modificarele primitive ed i loro attributi, se il sistema è transazionale (cioè ingrado di garantire la consistenza dei dati durante la modifica,indipendentemente da altre modifiche).



Web Feature Service II

WFS PAT - uDig - http://geoservices.provincia.tn.it/arcgis/services/Viabilita/MapServer/WFSServer



Web Feature Service III

WFS PAT - uDig - tematismi



Web Feature Service IV

WFS PAT - uDig - tabella viabilità principale



Web Feature Service V

WFS Regione Sardegna - uDig - tematismi



Web Feature Service VI

WFS Regione Sardegna - uDig - province



Catalogue Services I

Lo standard OGC Catalogue Services definisce come i metadatiriguardanti informazioni territoriali devono essere organizzati in uncatalogo per la loro scoperta, accesso e gestione.

Vengono quindi definite le interfacce, i legami e le codifiche per lascoperta, la ricerca e la presentazione di metadati da un catalogo diprodotti (in particolare riguardanti Earth Observation).

Viene definito un profilo minimo per l’interoperabilità dei cataloghi, conestensioni specifiche per classi di dati.

Lo standard OGC Catalogue Services definisce l’Earth ObservationProducts Extension Package per lo standard ebRIM (ISO/TS 15000-3)Application Profile of CSW 2.0, basato sullo [OGC 06-080r4] OGCGML Application Schema per prodotti EO.



Catalogue Services II

Servizio http://gos2.geodata.gov/Portal/csw202/discovery?REQUEST=GetCapabilities&version=2.0.2&service=CSW

<?xml version=" 1.0 " encoding="UTF−8" ?>< c s w : C a p a b i l i t i e s xmlns:csw=" h t t p : / /www. opengis . net / ca t / csw / 2 . 0 . 2 " xmlns:gml= " h t t p : / /www. opengis . net / gml " xmlns:ogc=" h t t p : / /www. opengis . net / ogc " xmlns:ows=" h t t p : / /www. opengis . net / ows" x m l n s : x l i n k =" h t t p : / /www.w3 . org /1999/ x l i n k " version=" 2 .0 .2 ">

< o w s : S e r v i c e I d e n t i f i c a t i o n >< o w s : T i t l e >Geospat ia l One−Stop< / o w s : T i t l e ><ows:Abst rac t>

A cata logue serv i ce t h a t conforms to the HTTP pro toco l b ind ing o f the OpenGIS Catalogue Serv ice s p e c i f i c a t i o n .< / ows:Abst rac t><ows:Keywords>

<ows:Keyword>metadata< / ows:Keyword><ows:Keyword>NSDI< / ows:Keyword>

< / ows:Keywords><ows:ServiceType>CSW< / ows:ServiceType><ows:ServiceTypeVersion>2 .0 .2 < / ows:ServiceTypeVersion><ows:Fees>unknown< / ows:Fees><ows:AccessConstra ints>unknown< / ows:AccessConstra ints>

. . .



Web Processing Service I

Lo standard OGC Web Processing Service (WPS) Interface fornisceregole per la standardizzazione dei flussi di informazione (input eoutput per un processo) per servizi di elaborazione di dati spaziali.

Lo standard definisce anche come un client può richiederel’esecuzione di una procedura e come viene gestito il suo output.

E’ definita anche un’interfaccia per la pubblicazione di proceduregeospaziali e la loro scoperta e utilizzo da parte di client.

I dati (spaziali o meno) richiesti dalle procedure di elaborazioneimplementate posso essere già presenti sul server oppure essereinviati dal client (direttamente o indirettamente indicando altri servizi).



Web Processing Service II

WPS: GRASS r.los



Web Processing Service III

WPS per GPS planning: numero di satelliti visibili all’inizio del planning



Web Processing Service IV

WPS per GPS planning: PDOP all’inizio del planning



Web Processing Service V

WPS per GPS planning:: % di satelliti visibili rispetto alla situazione senza ostruzioni



Sensors Web Enablement I

Lo standard OGC Sensor Web Enablement (SWE) ha come scoporendere scopribili, accessibili ed utilizzabili attraverso il web tutti isensori, i trasduttori e le collezioni di dati da sensori.

Lo standard OGC Sensor Web Enablement (SWE) Common DataModel Encoding definisce modelli di dati per lo scambio di dati relativia sensori in ambito SWE, rendendo possibile la strutturazione, lacodifica e la trasmissione di set di dati da sensori.

Lo standard OGC Sensor Observation Service Interface Standard(SOS) fornisce un’API (Application Programming Interface) per lagestione di sensori ed il recupero di dati dai sensori (metadati edosservazioni).



Sensors Web Enablement II

osservazioni

allerta

analisi

Sensor Planning Service

controllosensori

Web Notification Service

Sensor Observation Service

Database spaziale

Sensor Alert Service

Per le comunicazioni si usano:linguaggi di descrizione dei sensori

Sensor Model Language (SML)Transducer Markup Language (TML)

linguaggio di descrizione dei fenomeniObservations and Measurements Schema


Geoservizi | Approcci client/server

Approcci possibili

La gestione dei dati in un ambiente client/server può avvenire con tretipi di approcci:

server-side - tutta l’elaborazione è fatta sul serverclient-side - gran parte dell’elaborazione è fatta dal clientibrido - l’elaborazione è distribuita tra client e server

Sistemi diversi implementano alcuni o tutti e tre gli approcci epermettono di scegliere quale usare in funzione della configurazione edelle capacità del client.



Approccio server-side I

Vantaggi:

l’elaborazione è fatta sul server ed è quindi veloce se questo ècorrettamente dimensionato

può essere usata da client con scarse capacità di calcolo ememorizzazione

solo le mappe finite sono trasferite al client, non tutti i dati

permette al fornitore di controllare come sono usati i dati escegliere il tipo di analisi effettuabili



Approccio server-side IISvantaggi:

ogni elaborazione richiede l’accesso al serveril risultato di ogni elaborazione viene fornito al client come unanuova mappa che deve essere traferita dal servernon si sfrutta l’eventuale capacità di elaborazione e/omemorizzazione del clienteventuali dati (mappe, attributi, ecc.) dell’utente devono esseretrasferiti al server (con problemi di riservatezza, sicurezza, ecc.)

I fattori limitanti sono:

velocità della connessione (tempi di risposta e larghezza di banda)corretto dimensionamento del server in funzione del tipo dielaborazione, dimensione delle mappe e numero di utenti



Approccio client-side I

Vantaggi:

alcune operazioni sono effettuate sul client, sfruttandone capacitàdi calcolo e memorizzazione, richiedendo minori risorse al server

non è richiesta l’accesso la server per ogni operazione, si puòlavorare anche ‘’off line”

è possibile l’utilizzo di dati aggiuntivi direttamente sul client senzal’invio al server



Approccio client-side II

Svantaggi:

prima della visualizzazione o elaborazione è necessario inviare alclient dati complessi e spesso “pesanti”è necessario installare sul client le funzioni per l’elaborazioni diquesti dati (solitamente si tratta di codice javascript o plugin perweb browser), almeno al primo usol’utente deve essere in grado di garantire la congruenza dei datilocali


disponbilità delle funzionalità aggiuntive per il sistema in usocapacità di calcolo e memorizzazione del client



Approccio ibrido I

L’elaborazione è distribuita tra client e server in modo da sfruttarne almeglio le caratteristiche e minimizzare la quantità di dati scambiati.

In particolare:

il server esegue tutte le procedure che richiedono potenza dicalcolo, capacità di memorizzazione e accesso frequentea dati complessi (es. database spaziali)

il client esegue le procedure semplici o che richiedonointerazione con l’utente, evitando l’accesso al server perquesto tipo di operazioni



Approccio ibrido II

Vantaggi:

si ottimizza la distribuzione del carico computazionalesi minimizza la necessità di scambio di datisi mettono a disposizione dell’utente analisi complesse anche sedispone di client con caratteristiche modeste

Svantaggi:

è necessaria la comunicazione client-serverè necessario installare sul client le funzioni per l’elaborazioni diquesti dati (solitamente si tratta di codice javascript o plugin perweb browser), almeno al primo usole applicazioni sono più complesse da realizzare perché si devonoseparare le funzioni



Approccio ibrido III


corretta suddivisione delle funzioni tra client e server

disponbilità delle funzionalità aggiuntive per il sistema in uso

capacità di calcolo e memorizzazione del client


Geoservizi | Altri servizi e programmi

Ricerca di serviziOWS Search Engine (http://ows-search-engine.appspot.com/)permette la ricerca di servizi geospaziali, specificando tipo diservizio/parole chiave/sito/linguaggio.



Esempi di geoservizi

Portale Cartografico Nazionale (PCN)WMS http://www.pcn.minambiente.it/PCNDYN/catalogowms.jsp?lan=it

WFS http://www.pcn.minambiente.it/PCNDYN/catalogowfs.jsp?lan=it

WCS http://www.pcn.minambiente.it/PCNDYN/catalogowcs.jsp?lan=it

Provincia Autonoma di TrentoWMS http://www.territorio.provincia.tn.it/portal/server.pt?open=514&objID=23014&mode=2

WFS http://www.territorio.provincia.tn.it/portal/server.pt?open=514&objID=23011&mode=2

DTM da LiDAR http://www.lidar.provincia.tn.it:8081/WebGisIT/pages/webgis.faces



WMS Inspector

WMS Inspector è un add-on di Mozilla Firefox (3.6 - 4.0.*) per fare ildebug di servizi WMS controllando le risposte alle richieste.

https://addons.mozilla.org/en-US/firefox/addon/wms-inspector/



GRASS e WMS/WFS I

r . i n .wms − scar i ca ed importa d a t i da un server WMS

r . i n .wms [− ldockpga ] [ output= s t r i n g ] mapserver= s t r i n g [ l aye rs = s t r i n g [ , s t r i n g , . . . ] ][ s t y l e s = s t r i n g [ , s t r i n g , . . . ] ] [ s rs= s t r i n g ] format= s t r i n g [ wmsquery= s t r i n g ]maxcols= i n t e g e r maxrows= i n t e g e r [ t i l e o p t i o n s = s t r i n g ] [ reg ion= s t r i n g ] [ f o l d e r = s t r i n g ]method= s t r i n g [ c a p _ f i l e = s t r i n g ] [−−ove rwr i t e ] [−−verbose ] [−−qu ie t ]

F lags :− l L i s t a v a i l a b l e laye rs and e x i t−d Skip to downloading ( to resume downloads f a s t e r )−o Don ’ t request t ransparen t data−c Clean e x i s t i n g data out o f download d i r e c t o r y−k Keep band numbers ins tead of using band co lo r names−p Don ’ t r e p r o j e c t the data , j u s t patch i t−g Use GET method ins tead of POST data method−a Use GDAL WMS d r i v e r−−ove rwr i t e Al low output f i l e s to ove rwr i t e e x i s t i n g f i l e s−−verbose Verbose module output−−qu ie t Quiet module output

Paramet r i :

ou tput= s t r i n g Name f o r output r a s t e r mapmapserver= s t r i n g Mapserver to request data fromlaye rs = s t r i n g [ , s t r i n g , . . . ] Layers to request from map servers t y l e s = s t r i n g [ , s t r i n g , . . . ] S ty les to request from map serversrs= s t r i n g Source p r o j e c t i o n to request from server

D e f a u l t : EPSG:4326format= s t r i n g Image format requested from the server

Opt ions : g e o t i f f , t i f f , jpeg , g i f , png



GRASS e WMS/WFS IID e f a u l t : g e o t i f f

wmsquery= s t r i n g Add i t i on query op t ions f o r serverD e f a u l t : ve rs ion =1.1.1

maxcols= i n t e g e r Maximum columns to request a t a t imeD e f a u l t : 1024

maxrows= i n t e g e r Maximum rows to request a t a t imeD e f a u l t : 1024

t i l e o p t i o n s = s t r i n g A d d i t i o n a l op t ions f o r r . t i l e s e treg ion= s t r i n g Named reg ion to request data f o r . Current reg ion used i f omi t tedf o l d e r = s t r i n g Folder to save downloaded data to ( d e f a u l t \$GISDBASE/ wms_download )method= s t r i n g Repro jec t ion method to use

Opt ions : near , b i l i n e a r , cubic , cub i csp l i neD e f a u l t : near

c a p _ f i l e = s t r i n g Filename to save c a p a b i l i t i e s XML f i l e toRequires l i s t a v a i l a b l e laye rs f l a g

v . i n . wfs − Importa fea tu re da un WFS.

v . i n . wfs [ wfs= s t r i n g ] output= s t r i n g [−−ove rwr i t e ] [−−verbose ] [−−qu ie t ]F lags :−−ove rwr i t e Al low output f i l e s to ove rwr i t e e x i s t i n g f i l e s−−verbose Verbose module output−−qu ie t Quiet module output

Paramet r i :

wfs= s t r i n g GetFeature URL s t a r t i n g wi th h t t poutput= s t r i n g Vector output map



Implementazioni FOSS - ServerLe implementazioni di servizi in ambito FOSS più usate sono:

WMS WFS WCS Cataloghi WPS SWE (SOS)52◦ North X X2

deegree X X XGeoNetwork XGeoserver X X3 X XistSOS XMapGuide X XMapserver X X X XPyWPS XZOO Project X

52◦ North - http://52north.org/ deegree - http://www.deegree.org/GeoNetwork opensource - http://geonetwork-opensource.org/ Geoserver - http://geoserver.org/istSOS - http://istgeo.ist.supsi.ch/site/projects/istsos MapGuide Open Source - http://mapguide.osgeo.org/Mapserver - http://mapserver.org/ PyWPS - http://pywps.wald.intevation.org/ZOO Project - http://www.zoo-project.org/

2SOS (Sensor Observation Service), SAS (Sensor Alert Service), SES (Sensor Event Service), SPS (Sensor Planning

Service), WNS (Web Notification Service).3

compreso WFS-T



Implementazioni FOSS - Client I

Le implementazioni di client in ambito FOSS più usate sono:

Mapbender (http://www.mapbender.org) è un ambiente per gestiredati spaziali, in particolare fornisce un client Web-GISClient (OGC WMS, WFS, Catalog Service Client),Geo-CMS (Content Management System), funzionalità diediting edigitalizzazione (OGC WSF-T Client), gestione dimetadati (ISO 19000 Series), Catalog System (ISO19119 Service Meta Data), Security Management(Authentification, Authorization), Accounting Management(Logging), Spatial Web Services Orchestrating

OpenLayers (http://openlayers.org/) è una libreria JavaScript per lavisualizzazione di mappe all’interno di web browser,agendo come client per Web Mapping Service (WMS) eWeb Feature Service (WFS)



Implementazioni FOSS - Client II

Mapfish (http://www.mapfish.org/) estende l’ambiente pylons confunzionalità per la gestione di dati spaziali, integrandoExtJS, OpenLayers e GeoExt

Questi client si appoggiano a:

ExtJS (http://www.sencha.com/) per la gestione dell’interfacciautente, in particolare il layout della pagina web, le toolboxe la scelta dei layer

GeoExt (http://www.geoext.org/) per integrare OpenLayers eExtJS


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